Механизмы речи

Затруднения при изучении речевого дыхания возникают главным образом по двум причинам.

Во-первых, в процессе речи дыхание специфически перестраивается. Вместо ровного выдоха должна осуществиться тонкая регулировка аэродинамических условий при образовании каждого быстро следующего друг за другом речевого звука. Здесь уже недостаточно обычных сведений и фактов, установленных при наблюдении спокойного вдоха и выдоха. Получить желаемые факты затруднительно, так как тонкие дыхательные движения происходят во внутренних областях тела и скрыты от прямого наблюдения. Обычная же экспериментальная методика на животных здесь неприменима-

Во-вторых, исследование речевого дыхания по самой природе изучаемого явления нe может быть оторвано от наблюдений за работой всех речевых органов в целом. Изолированное изучение процесса дыхания, без учета способов генерации звука, резонанса, анализа и синтеза звуковых образований, не приведет ни к какому результату. Должна быть определена функция каждого из основных элементов дыхательной системы -- альвеол, трахеобронхиального дерева, диафрагмы, межреберных мышц. Полное объяснение взаимодействия всех этих элементов в процессе речи может быть дано лишь с учетом центральной регулировки всей произносительной системы.

Задача этого параграфа состоит в том, чтобы выяснить функцию гортани в процессе генерации звуков и регулировки речевого дыхания. Прежде всего следует рассмотреть вопрос о генерации голоса, а потом установить взаимоотношения гортани с надгортанным речевым резонатором.

Волокна голосовых связок %е начинаются в какой-либо одной точке и не заканчиваются в одном общем месте, а начинаются и заканчиваются в разных точках. При частичном натяжении одних волокон образуется ленточка одной длины, а. при натяжении других -- более длинная или короткая. Колебания более длинной ленточки будут вызывать более низкий звук, чем колебания короткой. Это устройство напоминает КОНСТРУКЦИЮ основной мембраны внутреннего уха. Различие может быть отмечено в двух направлениях. В голосовых связках рабочее состояние ленточки определяется ее попеременным натяжением; натяжение же волокон основной мембраны внутреннего уха постоянно. Это различие вполне соответствует тому, что основная мембрана входит в состав рецепторного прибора, а голосовые связки -- в состав эффекторного. Кроме того, различно количество колеблющихся элементов. Ухо воспринимает колебания с частотой в пределах от 16 до 20000 кол/сек, голосовые же связки воспроизводят частоту от 82 до 1100 кол/сек.

Мышечные волокна в голосовых связках идут не только в горизонтальном, но и в вертикальном направлениях. Таким образом, голосовые связки могут меняться по толщине. Часть волокон голосовых связок идет по диагонали, в косом направлении. Они могут зажимать колеблющиеся элементы в разных местах, подобно тому как палец зажимает струну. В отличие от всех других мышц волокна голосовых связок напрягаются изометрически, т. е. не меняя длины. Во внутренние края связок включены эластические волокна, которые в местах прикрепления к щитовидному хрящу располагаются, по замечанию Ф.Ф. Заседателева, как балки в бетоне, сопротивляющиеся давлению.

Эта характеристика устройства эффектора, генерирующего голос, позволяет думать, что к голосовым связкам поступает сложный нервный импульс, аналитически расчлененный на потоки, идущие ко множеству волокон, выполняющих разную роль в голосообразовании. В системе этих импульсов всякий раз отбирается определенная комбинация из множества возможных, что составляет синтез неречевого звука на выходе гортани, который преобразуется далее в резонаторных полостях в речевой.

Спрашивается, каков механизм синтеза предречевого звука? Прежде всего надо выяснить, по какому физическому принципу происходит образование голоса. Физике известны три способа образования периодических звуковых колебаний. 1) Если к телу, обладающему определенной упругостью и длиной, приложить импульс внешней силы, то оно приходит в состояние свободных затухающих колебаний. Частота колебаний определяется длиной и упругостью колеблющегося тела. 2) Если на тело действует периодическая вынуждающая сила, то через некоторое время тело приобретает вынужденные колебания с частотой вынуждающей периодической силы. 3) К третьему виду колебаний относятся автоколебания. В автоколебательной системе регулировка поступающей энергии происходит в самой колеблющейся системе. Таковы колебания маятника часов. Маятник при качании открывает и закрывает доступ энергии пружины, гири или электромагнита в электрических часах. Маятник, проходя при свободном колебании положение равновесия, входит в соприкосновение с храповым колесиком, которое через систему шестеренок связано с пружиной. Толчок колесика достаточен для преодоления потерь энергии на трение и поддержание колебаний маятника с постоянной амплитудой. В электромагнитных часах движущийся маятник включает через контакт электромагнит, который притягивает маятник, а при выключении тем же маятником электромагнита он отпускает маятник.

До последнего времени считалось общепризнанным, что образование голоса происходит по принципу автоколебаний. По нервному импульсу голосовым связкам задается а) определенная длина и б) упругость. Эта первая часть механизма голосообразования. Теперь голосовым связкам надо сообщить энергию. Иннервация определенной системы мышц вызывает смыкание голосовых связок (приведение) или размыкание (отведение) . Как только голосовые связки сомкнутся, под ними на выдохе будет нарастать воздушное давление, Накопив определенную энергию, давление прорвет голосовую щель и там самым вызовет колебание голосовых связок с той частотой, которая соответствует их длине и натяжению. Это вторая часть механизма голосообразования. Таким образом, как частота самих колебаний, так и доступ энергии для возбуждения частоты определяется в самой колебательной системе. Следовательно, голосообразование происходит по принципу автоколебаний.

В этой общепринятой концепции освещалась в общей форме лишь чисто физическая сторона явления. Вопрос о.механизме нервного управления и о центральной регулировке голосоведения оставался в стороне. На почве этой неясности возникла очень грубая физиологическая схема интерпретации автоколебательного процесса голосовых связок. Появилось механистическое представление о том, что автоколебательный процесс определяется чисто периферическими условиями, а именно эластичностью мышц голосовых связок. Сущность этой так называемой миоэластической концепции лучше всего можно разъяснить на модели язычковой трубы с пружинами. Подобно тому как язычки в органной трубе могут раздвигаться под давлением струи воздуха и сближаться под воздействием внутри их расположенных пружинок, так и голосовые связки раздвигаются давлением воздуха и сближаются вследствие их эластичности. Легко увидеть, что в этой модели представлена лишь вторая часть механизма -- приведение и отведение голосовых связок, первая же часть (их натяжение и длина) определены постоянной величиной язычков и трубы и силой пружинок, что не находит аналогии в голосовых связках, меняющихся по длине. Но и независимо от этого механизм смыкания объясняется только эластичностью голосовых связок, вне всякого отношения к нервной регулировке, что не доказано никакими фактами и очень сомнительно по самой природе физиологической регулировки любых мышечных сокращений.

В недавнее время Рауль Юссон (Raul Husson) 19521 убедительными фактами опроверг миоэластическую гипотезу, в связи с чем вопрос об автоколебаниях голосовых связок встал по-новому. Так как регулировка подсвязочного давления входит как одно из существенных звеньев в механизм речи, на этом вопросе необходимо остановиться. Р. Юссон обобщил обширный материал и установил новые факты, вызвавшие в специальных кругах, можно сказать, научную сенсацию. Применялась разнообразная методика -- стробоскопия, томография (рентгенографические срезы гортани), хронокеиметрия и наиболее показательная и прямая методика, состоящая в возбуждении нижнего возвратного гортанного нерва (п. laryngeus inferior jecurens) электрическим током звуковой частоты. Опыты по последней методике проводились на собаках, у которых нерв обнажался, а иногда рассекался. Были созданы специальные условия, предохраняющие нерв от высыхания и обеспечивающие его нормальное функционирование.

Для определения направления нервных импульсов звуковой частоты - нижний возвратный нерв рассекался. Оказалось, что отрезок нерва, связанный с центром, продолжал принимать колебания при наличии голоса; с периферического же отрезка нерва колебания не передавались. Это показывает, что при голосообразовании нервные импульсы звуковой части поступают от центра к периферии.

К такому же результату приводят и опыты с электрической стимуляцией нижнего возвратного нерва. Серия электрических импульсов на нерв с частотой 100 и 600 кол/сек вызывает колебания голосовых связок с такой же частотой, что определялось при помощи стробоскопического наблюдения. Однако при искусственно вызванных колебаниях голосовых связок подопытное животное звука не издавало, так как ритм дыхания был очень слабым, приблизительно одно дыхание в минуту. Вместе с тем сам факт искусственно вызванных колебаний голосовых связок при отсутствии тока воздуха показывает, по мнению Р. Юссона, что воздушное давление не имеет никакого значения для возбуждения вибраций голосовых связок.

Не останавливаясь на многих других интересных фактах, полученных Р. Юссоном, необходимо отметить лишь одно положение, имеющее важное значение в механизме голосообразования. На основании некоторых явлений расстройств голоса Р. Юссон приходит к выводу о том, что приведение голосовых связок (смыкание) и колебание их являются двумя независимыми актами. Иначе говоря, признаются две части механизма -- одна, определяющая колебания той или другой частоты, другая, обеспечивающая смыкание связок.

В целом, последовательность развития процесса голосообразования, по Р. Юссону, может быть представлена так. Из центра по нижнему возвратному гортанному нерву поступает поток импульсов звуковой частоты. Он определяет каждый период титанического сокращения поперечных волокон щиточерпаловидных мышц (m. vocalis). В этот момент начинается фаза открытия голосовых связок. Во второй фазе подсвязочное давление проникает между двумя связками и заканчивает их раскрытие. Возвращение голосовых связок происходит вследствие упругой эластичности их продольных волокон.

Кратко изложенная концепция Р. Юссона о механизме образования голоса, казалось бы, ставит под сомнение основные ранее установленные положения. Прежде всего становится неясным, можно ли по-прежнему считать, что голосовые связки вибрируют по принципу автоколебаний. Согласно концепции Р. Юссона, частота колебаний определяется не в самой колеблющейся системе, а со стороны. Она задается пришедшими из центра нервными импульсами звуковой частоты. В самой колеблющейся системе нет ни регулятора, определяющего частоту, ни регулятора доступа энергии.

При таком толковании остается непонятным, во-первых, какова функция описанного выше сложного устройства системы волокон голосовых связок, которые могут меняться по упругости (натяжению) и по длине. Ведь оба эти признака как раз и необходимы для образования определенной частоты и принадлежат волокнам, находящимся в самой колебательной системе. Во-вторых, можно ли думать, что поток нервных импульсов какой угодно частоты способен сообщить мышечному волокну энергию, достаточную для его вибрации, как будто бы этот поток был физической, вынуждающей силой.

Нервный импульс может привести только или к сокращению, или к расслаблению мышечного волокна. Однако в стробоскопических наблюдениях хорошо установлен и никем не опровергнут тот факт, что голосовые связки во время фонации не только сходятся и расходятся, но и края их поднимаются вверх, удерживая давление воздушной пучности, в которой образуется половина звуковой волны. Р. Юссон считает, что этот процесс осуществляется путем сокращения поперечных волокон m vocalis, но тут же замечает, что так начинается лишь первая фаза раскрытия, которая сменяется второй фазой -- раскрытием под влиянием; силы воздушного подсвязочного давления. Остается непонятным, почему подсвязочное давление, как источник энергии, не могло действовать также и в первую фазу. Вместе с тем Р. Юссон, намереваясь в полной мере опровергнуть миоэластическую гипотезу, все же признает, что возвращение связок обусловлено эластической упругостью продольных волокон,, которую они приобрели в предшествующий момент натяжения. Таким образом, остается неясным решение вопроса о регулировке силы, поступающей из источника энергии. Тот факт, что подопытная собака, при наличии вынужденных колебаний голосовых связок, все же не производила звука, следует, вероятно, понимать так, что энергия воздушного давления, была недостаточна для образования звуковых колебаний.

Гипотеза Р. Юссона ставит также под сомнение кодирование сигналов при переходе одного вида энергии в другой. Согласно излагаемой концепции, поток нервных сигналов, поступающих со звуковой частотой на выход гортани, превращается в другой вид энергии -- звуковой, той же частоты. Однако уже только что приведенный случай с собакой, не подающей голоса, несмотря на наличие колебаний звуковых связок, показывает, что не при всяких условиях частота мышечных колебаний превращается в звук, хотя сами мышечные колебания и происходят со звуковой частотой. Ведь и электрические колебания могут обладать звуковой частотой, но сами не звучат. Нервный импульс является сигналом для натяжения связок, но не источником энергии для колебательных движений. Кроме того, остается не объясненным чрезвычайное отличие диапазона производимого человеком звука 82--1100 кол/сек от слышимого диапазона -- 16--20000 кол/сек.

Хотя в целом концепция Р. Юссона лишена ясности, полученные им экспериментальные факты и частные выводы являются безусловно достоверными и значительными. Наибольшие трудности в установлении общей концепции голосообразования возникают вследствие того, что работа гортани продолжает все же рассматриваться вне связи с другими системами, принимающими участие в фонации, и прежде всего с энергетической системой. Если принципы автоколебаний и кодирования сигналов провести последовательно, то полученные Р. Юссоном факты не только укладываются в хорошо понятную систему, но и появляется возможность установить связь между работой; гортани, фонационным дыханием и ротоглоточным резонатором.

Прежде всего следует достаточно оценить тот факт, что механизм голосообразования состоит из двух, взаимно дополняющих частей -- приведения голосовых связок и ограничения их длины с одновременным натяжением, создающим упругость. Каждая из этих частей действительно может действовать отдельно и независимо от другой. Однако в обоих случаях фонации не получится. Это положение с чрезвычайной наглядностью было обнаружено в опытах В.Г. Гинзбурга, проведенных им на самом себе.

На 48 таблице альбома рентгенограмм представлены две томограммы, любезно переданные мне В.Г. Гинзбургом. На одной из них видны разомкнутые голосовые связки в фазе вдоха, на другой сомкнутые. Те же явления зафиксированы на двух фронтальных (прямых) рентгенограммах. Путем ряда опытов В.Г. Гинзбург добился произвольного управления механизмом приведения и отведения. Никакой фонации в момент получения этих рентгенограмм не происходило. Приведение голосовых связок осуществляется аддукторами, куда входят: а) боковая перстнечерпаловидная связка; б) косая черпаловидная мышца и в) поперечная черпаловидная мышца. Отведение голосовых связок осуществляется абдуктором, которым является задняя перстнечерпаловидная мышца (m. cricoarytaenoideus posterior). Известно, что после каждого вдоха голосовые связки рефлекторно смыкаются. Это момент максимального различия между повышенным внутриальвеолярным давлением и атмосферным. В следующий момент, при начале выдоха, голосовые связки размыкаются и воздушное давление в полостях легких начинает выравниваться с атмосферным. Фонация происходит на выдохе и, следовательно, застает голосовую щель разомкнутой.

Если голосовые связки не сомкнутся, под ними не возникает воздушного давления, достаточного для фонации. Это положение совершенно очевидно, так как человек может очень энергично выдыхать без всякой фонации. Если подан импульс на образование определенной длины голосовых связок и их натяжение (щиточерпаловидная мышца -- m. thyreoarytaenoideus internas, seu m. vocalis), то все равно, без смыкания их фонации не будет, даже если они будут вибрировать. В опытах Р. Юссона у подопытной собаки или не было приведения связок, или действительно поступающая из легких энергия была недостаточной для образования такого воздушного давления, при котором может появиться звуковая волна. В обоих случаях фонации не было вследствие отсутствия необходимых аэродинамических условий и недостатка энергии для возбуждения звука.

Теперь проследим, что произойдет при одновременном включении обеих частей механизма голосообразования. Как только m. vocalis получил центральный импульс на натяжение волокон определенной длины (что следует считать в опытах Р. Юссона вполне доказанным) и голосовые связки по другому импульсу и при помощи других мышц сомкнулись, так тотчас же под связками возникнет повышенное давление. Воздействуя на эластическую ткань связок, давление прорвет их затвор; при этом между связками будет захвачена воздушная пучность звуковой волны такого объема, который соответствует длине и натяжению волокон m. уоcalis в данный момент, что определит частоту звуковых колебаний. При прорыве парная мышца m. vocalis несколько разойдется, что очевидно, так как во время фонации происходит расход воздуха. Так возникнет первая фаза -- образование звуковой полуволны.

Следующая фаза -- разрежение может наступить лишь в том случае, когда голосовые связки плотно сжаты и по-прежнему натянуты, поэтому возникает необходимость получения нового нервного импульса на натяжение. Эластичность мышц в данном случае недостаточна, так как натяжение должно в точности соответствовать меняющейся длине волокон. Таким образом, нервных импульсов на восстановление натяжения m. vocalis должно быть столько, сколько требуется для возбуждения свободных колебаний волокна определенной длины. Но это и есть тот факт, который был установлен Р. Юссоном: частота колебаний голосовых связок соответствует частоте получаемых по нерву импульсов из центра. Различие же излагаемых концепций состоит в том, что, по Р. Юссону, нервный импульс в фазу тетанического сокращения поперечных волокон m. vocalis вызывает расхождение обеих частей этой парной мышцы, тогда как правильнее считать, что нервный импульс необходим для восстановления натяжения волокон определенной длины после воздушного прорыва. Только вторая концепция позволяет, при данных фактах, понять возможность накопления энергии в подсвязочном пространстве, без наличия которой звук вообще образоваться не может.

Точнее можно было бы сказать, что нервных импульсов на m. vocalis будет столько, сколько звуковых колебаний совершают волокна при данной их длине плюс еще один импульс, так как первый импульс будет задан до начала колебаний. После каждого смыкания голосовых связок под ними будет образовываться повышенное давление, а над ними разрежение, которое после каждого прорыва пойдет за пучностью, образуя звуковую волну.

Различие разбираемых концепций является принципиальным. Согласно защищаемой здесь точке зрения, голосообразование в полной мере согласуется с принципом автоколебаний. Физически частота колебаний определяется в самой колеблющейся системе, так как она зависит только от длины и натяжения волокон голосовых связок. Однако длина волокон задается центральным нервным импульсом. При этом совершенно очевидно, что смена этих импульсов или их частота ни в какой мере не совпадают со звуковой частотой. Так, например, тон в 100 герц, соответствующий определенной длине волокон, может продолжаться долгое время и не потребует смены длины волокон за много звуковых колебаний. Наоборот, восстановление упругого натяжения волокон той же длины после воздушного прорыва потребует нервных импульсов, следующих друг за другом с такой же частотой, как звуковая. Это значит, что при передаче сигнала с одного вида энергии на другой соблюдается кодовый принцип. К мышечному волокну, определяющему частоту звуковых колебаний, подходит нервный импульс, не совпадающий со звуковой частотой. Но восстановление теряющегося со звуковой частотой натяжения, конечно, требует импульса такой же частоты. Это и показывает, что как сама частота, так и потеря натяжения происходят в самой колеблющейся системе.

Кроме того, это объясняет и различие диапазонов производимой и слышимой частоты. До сих пор никто еще не приводил фактов и не утверждал, что по нерву могут быть переданы импульсы с частотой 8000-- 15000--20000 кол/сек. Так как частотная проводимость нерва ограничена, то восстановление натяжения голосовых связок не может происходить с частотой больше чем 1100 кол. сек. Это и ограничивает частоту основного тона голосовых связок. Однако в резонаторной системе, т. е.. в трубке, надставленной над гортанью, могут усиливаться гармонические колебания значительно большей частоты, как кратные от основного тона. Таким образом, авторегулировка частоты происходит потому, что в самой колеблющейся системе есть прерыватель звуковой частоты. Он действует автоматически, так что после каждого прорыва связок восстанавливается единый центральный импульс на их натяжение.

Этот вопрос вызывает психологический интерес. Надо отчетливо отличать: а) представляемую высоту тона от б) осуществляемой голосовыми связками частоты колебаний. Если от нижнего возвратного гортанного нерва были уловлены центробежные импульсы звуковой частоты, это еще не значит, что они были заданы в высших отделах мозга. Рассмотренные явления свидетельствуют о другом. В процессе фонации к каждой из многочисленных групп внешних и внутренних мышц гортани, к мышцам резонаторных полостей и дыхательным мышцам одновременно поступает расчлененный поток множества нервных импульсов разной частоты. Согласование всех этих аналитически разложенных на элементы импульсов было бы невозможно, если бы они не синтезировались в момент запуска в единое целое. Певец ведет звуковысотный ряд, он руководствуется высотой как качеством звука, и только высотой, а не представлением частоты колебаний. Он выделяет в своем представлении a (la первой октавы), а не 435 колебаний в секунду. Он форсирует голос, не имея никакого представления о том, как ведет себя при этом голосовая щель. Слух контролирует лишь акустический результат синтеза -- высоту и громкость, а не аналитические компоненты движений, не частоту колебаний голосовых связок. Представление высоты кодируется на нервные сигналы, идущие к множеству мышц, совокупность работы которых создает частоту звуковых колебаний. Слушающий декодирует частоту и тем самым принимает ту высоту, которую имел в своем представлении поющий или говорящий.

Единый нервный импульс на высоту соответствует постоянной длине волокон голосовых связок за все время, пока певец представляет себе высоту данного тона. (Потеря натяжения волокон при прорыве голосовых связок будет восстановлена автоматически, т. е. без специального синтетического импульса из высшего отдела мозга, так как заданный оттуда импульс на высоту продолжает сохранять силу и эквивалентен частоте колебаний. Это значит, что превращение представляемой высоты тона в выдаваемую частоту звука регулируется автоматически в специальных областях мозга. В дальнейшем мы увидим, что этот механизм управления может быть до некоторой степени вскрыт применительно к произнесению речи.

Теперь перейдем ко второму отделу механизма голосообразования. Гортань является не только органом генерации периодической звуковой частоты, но и авторегулятором поступления энергии при осуществлении фонации, что выполняется механизмом приведения голосовых связок в сомкнутое состояние при помощи аддукторов. Эта часть механизма, включаясь по положительному нервному импульсу при начале фонации,, создает для нее необходимые аэродинамические условия в виде накопления подевязочного давления. По отрицательному импульсу, при выведении из действия аддукторов, фонация прекращается, так как при этом кет условий для накопления энергии. Приведение голосовых связок может быть большим или меньшим, соответственно и накапливаемая энергия может быть большей или меньшей.

Таким образом, оба отдела механизма фонации работают по принципу ступеней. Перемены длины волокон m. vocalis образуют последовательные ступени ряда частоты, а перемены подсвязочного давления путем смыкания голосовых связок влияют на образование динамического ряда интенсивностей звука. Следовательно, гортань не только генерирует звук, но также и модулирует его по ступеням частоты и силы. Однако механизм обоих видов квантования различен. Гортань является лишь одним из генераторов звука -- голосовым. К другому, шумовому генератору относится полость рта. Квантование голоса или основной частоты зависит исключительно от гортани (если созданы аэродинамические условия для фонации), квантование же силы звука как на голосе (гласных), так и на шумовых звуках (согласных) будет зависеть в значительной мере от резонаторной системы, в которой происходят разнообразные перекрытия и сужения воздухоносного пути. Степень смыкания голосовых связок приходится рассматривать лишь как одно из звеньев в общей цепи перекрытий воздушного потока, принимающего участие в квантовании динамики фонации.

Механизм динамического квантования значительно сложнее, чем первоначально кажется. Для его понимания проблема речевого дыхания должна быть поставлена.во всей полноте как в части эффекторных механизмов, так и нервного управления. Вопрос о соотношении между величиной раскрытия голосовой щели и подсвязочным давлением и о влиянии этого соотношения на силовые перемены звука обсуждался в фонетической литературе, но не получал ясного решения вследствие ограниченности фактического материала. Мысль о TOM, что величина раскрытия голосовой щели определяет аэродинамические условия и тем самым влияет на силу звука, была высказана Форхаммером и энергично поддержана О. Есперсеном. Эта концепция кажется на первый взгляд довольно убедительной и подтверждается некоторыми фактами, полученными примитивным способом.

Первая мысль, которая естественно приходит в голову при обсуждении вопроса о силе подсвязочного давления и которая, как предпосылка, лежит в основе всех концепций экспираторного ударения и слогообразования, состоит в том, что величина воздушного давления определяется силой экспирации. Весь дыхательный аппарат, все дольки обоих легких и все трахеобронхиальное дерево в разные моменты речи подают то большую, то меньшую массу воздуха, то с большей, то с меньшей скоростью. Это допущение не опиралось на какие-либо факты., Оно просто признавалось как самое простое, при отсутствии более точных наблюдений. Форхаммер и Есперсен справедливо усомнились в вероятности этого предположения. Дыхательный аппарат слишком громоздок для того,- чтобы регулировать силу воздушного давления по таким малым порциям, которые требуются при слогоделении.

Если звук длится достаточно долго, как при пении, говорит Есперсен, то в этом случае еще можно думать, что его сила будет определяться за счет работы всего дыхательного аппарата, за счет усиления экспирации. Если же звуки часто чередуются и весьма ограничены во времени, то громоздкий дыхательный аппарат просто не поспеет за быстрой сменой слоговых модуляций.

Это сомнение в возможностях дыхательного аппарата, в общей форме, конечно, справедливое, как и всякое сомнение в недоказанных положениях, само также не было обосновано какими-либо прямыми наблюдениями за движениями, например диафрагмы, межреберных мышц или бронхов. Однако оно заставило обратить внимание на одно из звеньев общего процесса речевого дыхания -- на изменение просвета голосовой щели.

Другой путь состоит в том, что голосовые связки сближаются то больше, то меньше. При сближении голосовых связок в подсвязочном пространстве увеличивается воздушное давление, поэтому колебания их автоматически приобретают большую амплитуду. При расширении щели, наоборот, подсвязочное давление уменьшается, соответственно ослабляется и сила звука. Этот второй путь регулировки силы звука является значительно более точным и тонким, чем первый. Уже незначительные перемены размера голосовой щели могут вызвать заметные модуляции силы звука, что и наблюдается в процессе обычной нормальной речи.

Эти положения подтверждаются следующими наблюдениями. Произнося громко о, мы не можем поколебать пламя горящей свечи, поставленной около рта, при произнесении, например, и пламя не только колеблется, но и может быть даже потушено. Надо думать, что в момент произнесения о голосовая щель более закрыта, чем п, р, и произнесении и, поэтому расход воздуха на о меньше, чем на и.

Постараемся разобраться в этих наблюдениях., Самый факт большего сужения голосовой щели на о или а, чем на и, первоначально кажется вероятным и может быть подтвержден некоторыми акустическими измерениями. Из ранее изложенного мы знаем, что а и о являются значительно более громкими, чем иу поэтому естественно допустить, что и подсвязочное воздушное давление будет большим на а и о, чем на и, следовательно, в таком же соотношении будет находиться и величина раскрытия голосовой щели. Однако акустические измерения в данном случае не могут служить аргументом для доказательства, так как качание пламени зависит не от громкости звука, а от скорости воздушного потока. При произнесении и во рту образуется сравнительно узкий проход, поэтому скорость воздушного потока будет больше, чем при произнесении а или о, когда язык делает только нижний или средний подъем. Для учета расхода воздуха необходимо принять во внимание соотношение его массы и скорости истечения.

Вначале допустим, что общая масса воздуха, поступающая в подсвязочное пространство, одинакова для о и и. Это именно тот случай, который имеет в виду Есперсен, так как излагаемая им концепция исходит из допущения того, что легкие сами по себе на этих звуках не регулируют подсвязочного давления. При большем сужении голосовой щели в момент произнесения о подсвязочное давление и амплитуда колебания голосовых связок увеличатся больше, чем при и. Но так как масса воздуха одинакова, то на о увеличится также и скорость воздушного потока в большей мере, чем на и. Если не принимать во внимание процессов в полости рта (как это делает Есперсен), то в таком случае поток с большей скоростью при произнесении о сильнее поколеблет пламя свечи, чем струя воздуха, идущая с меньшей скоростью при произнесении и. Опыт же показывает обратное.

Теперь примем другое допущение: масса воздуха, поступающего в подсвязочное пространство, неодинакова при произнесении о и и. Разбираемая теория не дает ответа при этом допущении и вполне понятно -- почему. Тогда снова пришлось бы возвратиться к отклоненной гипотезе о регулировке речевого дыхания при помощи громоздкого дыхательного аппарата. Если масса подходящего к гортани воздуха различна на каждом речевом звуке, то отсюда следует, что легкие подают на каждом звуке то больше, то меньше воздуха, и роль голосовой щели становится неясной.

Допущение о возможности регулирования силы звука через дыхательный аппарат отклонено слишком поспешно. Если дыхательная трубка может менять просвет на уровне гортани и выше, то нет никаких оснований отрицать, что она может измениться в просвете и ниже гортани, на всех разветвлениях трахеобронхиального дерева. На приведенных выше прямых рентгенограммах гортани было показано, что при смыкании голосовой щели фонация может отсутствовать. Это значит, что источник энергии для колебания голосовых связок лежит ниже гортани.

Конечно, Есперсен не сомневался IB. том, что энергия для образования звука поступает из легких. Вопрос ставится о том, как регулируется эта энергия, как она делится на порции при образовании разных звуков и равносильных слогов. Если допустить, что деление энергии на порции происходит только путем сужения и расширения голосовой щели, то неизбежно в нижележащих местах трахеобронхиального дерева возникнут реактивные аэродинамические толчки, вздутия и спады. Толчки пойдут в обе стороны от голосовой щели, в верхней части они, согласно разбираемой гипотезе, будут усиливать и ослаблять звук, создавая ударения, а в областях ниже гортани эти толчки вызовут лишь расстройство дыхания, если реактивные силы не будут парированы какими-либо специальными нервными импульсами. Если же предположить, что регулировка подачи энергии для фонации находится в самом источнике отпуска энергии, тог* да придется отказаться от принципа авторегулировки, так как легкие конечно, не входят в колеблющуюся фонационную систему. Решение всех этих вопросов, как видно, затрудняется просто вследствие отсутствия каких бы то ни было точных фактов. Общеизвестные же наблюдения противоречивы. Они толкают то на одну, то на другую гипотезу.

Одним из таких общеизвестных наблюдений, которое снова заставляет вернуться к отвергнутой первоначально гипотезе, является способ произнесения глухих согласных. Так как глухие согласные образуются в полости рта без (всякого участия голоса, следует думать, что голосовая щель при этом широко раскрыта, что признается всеми. Есперсен считает, что в этом случае увеличение массы воздуха (Luftmenge) при усилении силы звука происходит за счет органов дыхания, т., е. увеличения силы выдоха. Таким образом, для образования глухих согласных автор гипотезы отводит главную роль отклоненному им ранее для процесса речи в целом принципу усиления звука за счет работы экспираторных мышц всего дыхательного прибора.

Современная техника дает возможность произвести прямые наблюдения за раскрытием голосовой щели во время фонации гласных. Конечно, эти данные более надежны, чем косвенные выводы из наблюдений за колебанием пламени. Оказывается, что при произнесении гласных происходят очень тонкие и едва уловимые изменения просвета голосовой щели. При томографии рентгеновская трубка, точно фокусированная на определенный пункт объекта съемки, движется по радиусу. Навстречу трубке по дуге определенного радиуса движется также и снимаемый объект. В результате все ткани объекта, не находящиеся в фокусе при движении, смазываются, а фокусированная область выделяется наиболее отчетливо. Таким образом, окружающие фокусированную область ткани как бы срезываются, почему и сам метод такой съемки получил название томографии.

Факт меньшего раскрытия голосовой щели на и, чем на а, согласуется с ранее установленными фактами о величине потерь звуковой энергии в костно-мышечных тканях. Большая амплитуда колебания голосовых связок ори фонации и есть не что иное, как подтверждение факта значительной акустической мощности и (по сравнению с а) на уровне гортани. Сужение же При произнесении и -воздухоносного пути в полости рта приводит к увеличению скорости потока воздуха. Однако это обстоятельство, являющееся главной причиной колебания пламени свечи при произнесении и, не имеет никакого отношения к акустическому усилению« звука, что интересовало О. Есперсена. Ослабление же звука на и, как мы знаем, -происходит вследствие расширения глоточной трубки и худших, по сравнению с а, условий излучения звука.

Так как при образовании слога глоточная трубка модулирует в объеме, то и голосовая щель должна повторять такую же модуляцию, иначе появится разрыв в балансе поступления и расхода воздуха. Следовательно, модуляцию глоточной трубки надо рассматривать как сигнал к изменению просвета голосовой щели при фонации разных звуков речи. Здесь происходит то же самое, что и в других частях механизма речи, -- регулировка по конечному результату. Конечным результатом является выработка речевых звуков в надставной трубке; к этому результату и должен приспособиться процесс предречевой гортанной фонации.

На выходе изо рта звуки а и u должны быть в известных пределах выровнены по силе, так как иначе сильный звук, независимо от его места в соседстве со слабым, будет маскировать этот слабый звук. Однако такому выравниванию мешает то обстоятельство, что u будет заглушено в глоточной трубке, в то время как а усилится в глотке и ротовом излучателе. Таким образом, для выравнивания звуков по силе управление по конечному результату должно потребовать ослабления а и усиления u на уровне ниже глоточной трубки, так как выше этого уровня происходит обратный процесс.

Представленные томограммы и обычные прямые рентгенограммы гортани позволяют обнаружить еще одно в высшей степени интересное и принципиально существенное явление. Легко заметить, что поперечник сечения полости на уровне ложных голосовых связок колеблется на разных звуках речи. При промере по подлиннику томограмм получается следующий ряд: а -- 4,8 мм, о -- 6,5 мм, и -- 10 мм. Измерение обычных прямых рентгенограмм дает а -- 5 мм, и -- 10 мм. Объект и условия съемки одинаковы во всех случаях. Это значит, что основные и при этом отчетливо заметные модуляции происходят на уровне не истинных голосовых связок, а ложных. Величина раскрытия голосовой щели остается на разных гласных звуках неизменной или почти неизменной. Это и понятно, так как иначе нарушился бы механизм приведения и не могла бы возникнуть фонация. Вместе с тем аэродинамические условия образования разных гласных настолько различны, что потребуют соответственно разной регулировки просвета воздухоносной трубки на уровне гортани. При иных условиях возникли бы сильнейшие вредные реактивные силы перенапряжения. Так как при фонации а снижается давление, то соответственно уменьшается и поперечник сечения на уровне ложных голосовых связок. При усилении же подсвязочного давления на о и особенно на и расширяются и ложные голосовые связки. Как указывалось, сигнал о регулировке просвета ложных голосовых связок и соответственно большем или меньшем заполнении (воздухом морганиевых желудочков может быть подан только от такого органа, который выдает конечный речевой эффект, т. е. образует произносительную единицу -- слог. Таким органом является глоточная трубка как непрерывно модулирующий компонент речевой резонаторной системы. Это значит, что регулировка просвета ложных голосовых связок происходит по принципу обратной связи. Конечно, эта обратная связь идет не непосредственно от глоточной трубки к гортани. Афферентная сигнализация от глоточной трубки, как будет показано дальше, направляется к центру -- в разные подкорковые и корковые образования и оттуда, перекодированная на разные речедвижения, в том числе и на колебания просвета ложных голосовых связок, направляется к исполнительным органам для их взаимной, нормализованной регулировки.

Следует подчеркнуть, что обсуждаемые рентгенограммы гортани проливают свет на очень до сих пор не ясную проблему о роли ложных голосовых связок в процессе фонации. Оставалось непонятным, каков смысл дублирования связочного аппарата гортани. Казалось бы, что для фонации достаточно одних истинных голосовых связок. В действительности принцип парных звеньев является основным во всей системе механизма речи. Именно эта парность звеньев и обеспечивает нормализованную регулировку всего речевого процесса.

Такие парные звенья, как тоновой и шумовой генераторы звуков речи, глоточный и ротовой резонаторы, поперечнополосатые мышцы дыхательного аппарата и гладкие мышцы трахеобронхиального дерева, составляют в целом взаимосвязанную цепь парных звеньев, обеспечивающих взаимную авторегулировку и нормализацию при произношении слов. В эту же систему входит и парное звено гортани. Авторегулировка в этом случае состоит в том, что истинные голосовые связки квантуют звук по степеням частоты основного тона, а ложные голосовые связки согласованно с этим выравнивают динамический диапазон звука и на этом выровненном фоне позволяют при сигнализации от глоточной трубки квантовать степени слоговой равносильности. Таким образом, два вида квантования сливаются в одном общем конечном слоговом эффекте.

Вывод, к которому мы приходим в этом параграфе, состоит в ТOM, что авторегулировка частоты звуковых колебаний происходит на уровне истинных голосовых связок гортани, авторегулировка же силы звука происходит на уровне ложных голосовых связок, но через посредство глоточной трубки. Так как частота звука не может возникнуть без энергии, то оба процесса теснейшим образом связаны. Полный ответ на вопрос может быть получен лишь после исследования самого источника энергии звука при речевой фонации.

Концепция Форхаммера-Есперсена, в которой глоточные модуляции не принимались во внимание, должна быть решительно перестроена. Ударение и всякие другие силовые модуляции не могут зависеть только от изменения ширины голосовой щели. Перемены ширины голосовой щели входят как элемент в общую систему слогообразования. В дальнейшем будет показано, что существует внутренняя обратная нервная и мышечная связь между глоточной трубкой и гортанью, которая обеспечивает авторегулируемое управление этими системами. До сих пор были приведены некоторые факты о регулировке силы звука только на уровне гортани, вопрос о регулировке отпуска энергии из ее источника остался открытым.

13. ПАРАДОКС РЕЧЕВОГО ДЫХАНИЯ

Исследования послеротового воздушного давления манометрической методикой при произнесении гласных производились неоднократно. Во всех случаях они давали сходные результаты в соотношениях величины давления в элементах ряда. По измерениям Гюнцера на материале немецкого языка получился следующий ряд ступеней в миллиметрах ртутного столба.

В целом, несколько большая абсолютная величина послеротового давления в немецком языке ,по сравнению с русским объясняется, вероятно, «более твердым приступом немецких гласных. Различие рядов в соседних звеньях (у\ э) объясняется, во-первых, различием языков и, во-вторых, тем, что при изолированном произнесении гласных смежные звенья, как это было показано раньше, могут по зоне модуляций глоточного резонатора частично перекрываться. Представленные данные получены независимо от наблюдений за модуляциями глоточной трубки и задолго до установления самого факта таких модуляций. Кроме того, ряд последовательности послеротового воздушного давления был установлен вне всякой связи с рядом разногромкости гласных.

Теперь мы должны обратить внимание н а т о, что все эти три ряда находятся в полном соответствии друг с другом. Последовательность от а до и сохраняется во всех трех рядах и не может считаться случайной. Однако направление роста величин в разных рядах неодинаково. В то время как громкость звукам от а до и падает, объем глоточной трубки и послеротовое воздушное давление от а до и возрастают. Соответственно общий результат может быть сведен в таблицу.

Таким-образом, есть совершенно определенное и при этом обратное соотношение между громкостью звука, с одной стороны, и объемом. глоточной трубки и воздушным давлением, с другой. Раньше, при, обсуждении соотношения рядов громкости и объемов глоточной трубки, мы исходили из допущения одинаковости массы воздуха и скорости его истечения на разных звуках. Стараясь не усложнять вопрос, мы не учитывали роль речевого дыхания, а заметили лишь очевидное соотношение между величинами громкости звуков и объемами глоточной трубки. Теперь следует включить в рассмотрение всю систему речевого дыхания в целом.

Если до конца проанализировать ход звукового процесса и движения воздуха в резонаторных полостях при допущении одинаковости массы, подаваемой из легких воздуха на а и, то необходимо прийти к следующим выводам. Измерение рентгенограмм (показывает, что площадь глоточной трубки при переходе от а к и возрастает не менее чем з, 25 раз, следовательно объем трубки увеличивается еще больше. Воздушное давление в трубке при произнесении и не может упасть ниже атмосферного, так как щ как и все звуки, произносится на выдохе. Следовательно, при произнесении а с одинаковой массой подаваемого, воздуха и при сужении трубки больше чем в 25 раз по площади произойдет сильнейшее увеличение воздушного давления. Звук будет чрезмерна усилен, чему будет способствовать широкое раскрытие ротового излучателя.

Если же признать, что масса подаваемого воздуха будет подравниваться к нормальному произнесению а, тогда расширение глоточной трубки больше чем в 25 раз при произнесении и вызовет разрежение воздуха ниже атмосферного. Если бы даже звук образовался, то он был бы заглушен в прикрытом ротовом излучателе. При подаче некоторой средней величины массы воздуха все равно звук а будет дважды усиливаться, а звук и дважды ослабляться, если принять во внимание ширину глоточной трубки и форму ротового излучателя. Это значит, что (различия в интенсивности будут настолько велики, что акустически более мощное а замаскирует маломощное и при кратковременном следовании их друг за другом. Это различие в интенсивности возрастет еще больше при соседстве в слоге гласного и маломощного согласного. Один из звуков, будет неимоверно сильным, другой настолько слабым, что потеряет всякую слышимость.

Быстрые и значительные перемены воздушного давления в воздухоносных трубках, кроме того, вызовут тяжелые физиологические условия. Чрезмерное сужение трубки и повышение давления на а вызовет перенапряжение не только на мышечном аппарате глотки, но и будет передаваться на гортань и трахею и все трахеобронхиальное дерево.

Вышеприведенная таблица, из которой видно обратное соотношение между силой звука и воздушным давлением в меняющемся объеме точной трубки, показывает, что существует двойной саморегулирующийся механизм компенсации воздушного давления и силы звука. Это значит, что спад давления компенсируется большей подачей воздуха и большей скоростью его истечения. В связи с этим усиливается вибрация голосовых связок и относительная интенсивность звука и, что было подтверждено опытами по учету костно-мышечной проводимости. Наоборот, в суженной глоточной трубке при произнесении а воздушное давление должно было бы сильно подняться, но оказывается, что послеротовое давление становится минимальным. Это значит, что повышенное давление в узкой глоточной трубке компенсируется подачей меньшей массы воздуха и меньшей скоростью его истечения. Вследствие этого чрезмерная интенсивность звука а ослабляется, что также было доказано меньшей, по сравнению с и, громкостью а на уровне глотки.

Действие такого саморегулирующегося механизма, как видно, можно понять, лишь исходя из предположения о том, что масса и скорость подаваемого в фонационную систему воздуха меняются соответственно изменяющимся объемам ротоглоточного резонатора. Следует допустить, что при произнесении а масса поступающего из трахеи воздуха и скорость потока уменьшаются, при произнесении же и -- увеличиваются. В этих саморегулирующихся условиях выравнивается акустическая мощность звуков речи и не возникает влияния вредных реактивных сил на мышечно-связочный аппарат воздухоносных путей. Появляется, так сказать, щадящий режим работы всего фонационного и дыхательного аппарата.

Сделанный вывод все же является предположительным. Его приходится рассматривать только как очень вероятное допущение, которое необходимо подтвердить фактами прямого наблюдения. Нами собран достаточно обширный рентгенографический материал, позволяющий судить о движениях диафрагмы и ребер в процессе речевого произнесения. Из этого материала могут быть сделаны выводы о механизме авторегулируемой подачи энергии из ее источника и о взаимной связи всех элементов сложной произносительной системы.

Запись движений диафрагмы производилась при помощи рентгенокимографа. Для прочтения представленных ниже ретгенокимограмм напомним, что каждая из них разбита на полосы шириной 12 мм. Полосы получаются или в результате движения пленки, расположенной за щелями шириной в 1 мм, образуемыми между свинцовыми пластинами, или в результате движения самих пластин, составляющих решетку. Через каждую из щелей на пленку проецируется положение диафрагмы и синхронно с этим движение ребер за время движения решетки или пленки на протяжении 12 мм. Таким образом, в каждой из полос отражается один и тот же процесс, происходящий в разных местах обоих куполов диафрагмы. Для экономии места мы срезаем большую часть рентгенограммы, оставляя лишь некоторые полосы средней части левого купола. В дальнейшем в качестве индикатора будет приниматься только движение диафрагмы, так как смещения ребер (в противоположном направлении) синхронны движениям диафрагмы, тем более, что смещения ребер могут быть замечены только на полной рентгенограмме размером 40X30-см. Под рентгенокимограммой показано: а) время движения решетки (или кассеты) от одного края полосы до другого; б) произносимый звук речи; в) направление чтения, обозначенное стрелкой. Если чтение по указанию стрелки идет справа налево, то разбор кимограммы следует начинать от правого края любой вертикальной полосы и заканчивать у левого края той же полосы. При нормальном свободном дыхании подъем диафрагмы соответствует выдоху, опускание -- вдоху.

У правого края каждой из полос заметен небольшой подъем диафрагмы, следовательно, начался выдох. Далее диафрагма стала опускаться, следует признать, что начался вдох. После этого диафрагма сноса поднимается и подходит к левому краю полосы, происходит второй выдох. Так прочитает эту рентгенокимограмму всякий рентгенолог, применяющий данную методику. Однако обратим внимание на то, что все эти модуляции диафрагмы происходят за 1 секунду. При свободном нормальном дыхании число дыхательных циклов (вдох-выдох) в среднем равно 16--18 в минуту, в разбираемом же случае (если принять 1,5 цикла в секунду) средняя частота циклов будет 90 в минуту. Следует допустить, что произошли какие-то резкие изменения в частоте дыхательных циклов. В начале, у правого края полосы, записано движение диафрагмы при произнесении а. На этом звуке диафрагма вначале немного поднялась, а потом довольно значительно опустилась. Левее начался подъем диафрагмы, что соответствует произнесению и. В данном случае, как, конечно, и во всех случаях, произнесение происходило на выдохе. При этом непосредственно за звуком а, без всякого заметного слуху перерыва, произносилось и. Следовательно, возможность фазы реального вдоха была исключена полностью. В этом и состоит диафрашальный парадокс речевого дыхания.

Прочитаем ту же кимограмму, имея в виду проследить смену воздушного давления, поступающего к органам фонации и резонаторным полостям от источника энергии. В начале (у правого края полосы) диафрагма поднимается. Это значит, что в начальный момент произнесения а к органам фонации поступает некоторое давление. За вторые две трети звучания а диафрагма стала опускаться. Это значит, что началось снижение подаваемого воздушного давления. Если бы давление продолжало прибавляться, это привело бы к указанным выше тяжелым физиологическим и акустическим последствиям. Опускаясь, диафрагма производит некоторое ослабление начального давления, тем самым выравнивается интенсивность звучания а в отношении к другим речевым звукам. После окончания звучания а без перерыва вступил звук и. В это время диафрагма снова поднимается, подавая с более низкого уровня значительно большее давление, чем при произнесении а. В процессе звучания и никогда не происходит «сброса» давления. Сброс появляется лишь по окончании фонации u и то в зависимости от характера последующего звука и места слогораздела. Подождем делать дальнейшие выводы, прежде чем рассмотрим другие материалы.